CN107893225A - 一种具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法及其应用 - Google Patents

一种具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN107893225A
CN107893225A CN201711054092.1A CN201711054092A CN107893225A CN 107893225 A CN107893225 A CN 107893225A CN 201711054092 A CN201711054092 A CN 201711054092A CN 107893225 A CN107893225 A CN 107893225A
Authority
CN
China
Prior art keywords
foam copper
super hydrophobic
hydrophobic surface
preparation
foam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711054092.1A
Other languages
English (en)
Inventor
施娟
贾曦
陈振乾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201711054092.1A priority Critical patent/CN107893225A/zh
Publication of CN107893225A publication Critical patent/CN107893225A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/05—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
    • C23C22/06—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
    • C23C22/48—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 not containing phosphates, hexavalent chromium compounds, fluorides or complex fluorides, molybdates, tungstates, vanadates or oxalates
    • C23C22/52—Treatment of copper or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/02—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using non-aqueous solutions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/05—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
    • C23C22/60—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using alkaline aqueous solutions with pH greater than 8
    • C23C22/63—Treatment of copper or alloys based thereon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B1/00—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Treatment Of Metals (AREA)

Abstract

本发明提供一种具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法及其应用，制备步骤如下：1)将待处理的泡沫铜放入K2S2O8和KOH的混合溶液中，水浴加热条件下充分反应后用蒸馏水冲洗，吹干；2)将步骤1)处理后的泡沫铜放入氟硅烷乙醇溶液中，室温下浸泡充分反应后取出烘干，得到具有超疏水表面的泡沫铜。该方法处理后的泡沫铜表面覆盖了一层树叶状的纳米片，部分纳米片簇拥在一起，形成球状结构，大量空气困在该微/纳米结构中，能够有效的阻止液体渗进细槽，从而接触角能达到150°以上，滚动角低于10°。该方法制备的泡沫铜可以应用在蒸汽冷凝器中，有效去除冷凝产生的液滴，强化传热传质。

Description

一种具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法及其应用，属于多孔泡沫金属领域。
背景技术
泡沫金属作为一种新兴多孔材料，具有孔隙率高、密度小、强度高、导热系数高等优点，因而在传热方面，尤其是强化沸腾或者强化冷凝等传热领域，具有较大优势，同时多孔泡沫金属的孔径范围在10μm～5mm之间，不同尺度范围的孔径结构则适用于不同的应用范围；然而，泡沫金属强化传热的同时增加了流动阻力。在冷凝过程中，膜状冷凝传热效率低于滴状冷凝，而冷凝物的形成与固体表面的润湿性密切相关，疏水表面可以使得产生的液滴有效去除，从而提高传热性能。因此，可以考虑改变泡沫金属的润湿性，以优化两相换热过程。
润湿性是材料表面的重要特征之一。影响材料表面润湿性的主要因素有：材料表面能、表面粗糙度以及表面微/纳米结构。表面润湿性通常用接触角θ来衡量，超疏水表面的水接触角超过150°，滚动角低于10°。理论研究和实验证明，接触角随着表面能的降低而增加，随着表面粗糙度的增加而增大，而表面微/纳结构对润湿性具有重要的影响，因此，低表面能材料、表面适当粗糙化以及微纳米双重结构的有机结合，是制备超疏水表面的有效途径。常用的低表面能材料是有机硅和氟树脂以及其相应的改性树脂，如硅氧烷等；常用的表面粗糙化和微/纳结构的制备方法有模板法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、电化学沉积法、化学刻蚀法、粒子填充法等，现有技术需要的设备和步骤较为复杂，耗时较长。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法及其应用，该方法通过化学氧化法在泡沫铜表面生成双尺度微/纳米结构，进而将处理后的泡沫铜氟化从而显示出超疏水性能。
技术方案：本发明提供了一种具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法，所述方法包括如下步骤：
1)泡沫铜表面氧化：将待处理的泡沫铜放入K2S2O8/KOH混合溶液或者H2O2/HCl混合溶液中，在50～70℃水浴下，反应充分后用蒸馏水冲洗、吹干备用；
2)泡沫铜表面化学修饰：将步骤1)处理后的泡沫铜放入氟硅烷乙醇溶液或者硬脂酸乙醇溶液中，在室温下浸泡，反应充分后取出烘干，得到具有超疏水表面的泡沫铜。
其中：
所述待处理的泡沫铜的孔径为0.2～0.4mm。
所述待处理的泡沫铜通过电沉积法制备，且表面没有被氧化。
所述的K2S2O8/KOH的混合溶液中K2S2O8与KOH的摩尔浓度比为0.022:1～0.026:1；所述的H2O2/HCl混合溶液中H2O2的质量分数为0.4～0.6wt％，HCl的摩尔浓度为1.8～2.2mol/L。
所述的氟硅烷乙醇溶液中氟硅烷的质量分数为0.8～1.2wt％，所述的硬脂酸乙醇溶液中硬脂酸的摩尔浓度为4～6mmol/L。
步骤1)所述的反应的时长为60～90min。
步骤2)所述的反应的时长为60～90min。
本发明还提供了一种具有超疏水表面的泡沫铜的应用，该泡沫铜应用于蒸汽冷凝器中，有效去除冷凝产生的液滴，强化传热传质。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)该具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法简单、易于实施、耗时短；
(2)该方法通过化学氧化法在泡沫铜表面生成双尺度微/纳米结构，进一步提升泡沫铜的比表面积；
(3)本发明中具有超疏水表面的泡沫铜可以应用在蒸汽冷凝器中，可用于强化传热传质。
附图说明
图1为实施例1中待处理的泡沫铜表面扫描电镜图片；
图2为实施例1中制备的具有超疏水表面的泡沫铜的超疏水表面低倍扫描电镜图片；
图3为实施例1中制备的具有超疏水表面的泡沫铜的超疏水表面高倍扫描电镜图片；
图4为实施例2中制备的具有超疏水表面的泡沫铜的超疏水表面高倍扫描电镜图片；
图5为实施例1中制备的具有超疏水表面的泡沫铜的超疏水表面水滴接触角测量图；
图6为实施例2中制备的具有超疏水表面的泡沫铜的超疏水表面水滴接触角测量图。
具体实施方式
一种具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)泡沫铜表面氧化：将PPI100或PPI130即孔径0.2mm或0.4mm的泡沫铜放入K2S2O8/KOH的混合溶液或者H2O2/HCl混合溶液中，在50～70℃水浴下，反应60～90min后用蒸馏水冲洗，吹干。
(2)泡沫铜表面化学修饰：将处理后的泡沫铜放入氟硅烷乙醇溶液或者硬脂酸乙醇溶液中，室温下浸泡，反应60～90min后取出烘干，得到具有超疏水表面的泡沫铜。
实施例1
将PPI100的泡沫铜(如图1)放入0.065mol/L的K2S2O8和2.5mol/L的KOH的混合溶液中，60℃水浴下，反应60min后用蒸馏水冲洗，吹干；随后将处理后的泡沫铜放入0.8wt％氟硅烷乙醇溶液中，室温下浸泡，反应60min后取出烘干，得到具有超疏水表面的泡沫铜。
处理后的泡沫铜表面覆盖了一层树叶状厚度10～20nm的纳米片(如图3)，还有部分纳米片簇拥在一起，形成直径4～5μm的球状结构(如图2)，大量空气困在该微纳米结构中，能够有效的阻止液体渗进细槽，使得液体与固体的接触面积减小，从而接触角能达到150°以上(如图5)。
实施例2
将PPI130的泡沫铜放入0.055mol/L的K2S2O8和2.5mol/L的KOH的混合溶液中，50℃水浴下，反应70min后用蒸馏水冲洗，吹干；随后将处理后的泡沫铜放入1.2wt％氟硅烷乙醇溶液中，室温下浸泡，反应90min后取出烘干。
比较PPI不同的两个样品，可以发现，PPI大的泡沫铜表面的纳米片(如图4)分布更加密集，水滴接触角也更大(如图6)。
实施例3
将PPI130的泡沫铜放入H2O2/HCl混合溶液中，其中H2O2的质量分数为0.4wt％，HCl的摩尔浓度为1.8mol/L，70℃水浴下，反应80min后用蒸馏水冲洗，吹干；随后将处理后的泡沫铜放入1wt％氟硅烷乙醇溶液中，室温下浸泡，反应80min后取出烘干。
实施例4
将PPI130的泡沫铜放入H2O2/HCl混合溶液中，其中H2O2的质量分数为0.6wt％，HCl的摩尔浓度为2.2mol/L，60℃水浴下，反应75min后用蒸馏水冲洗，吹干；随后将处理后的泡沫铜放入4mmol/L的硬脂酸乙醇溶液中，室温下浸泡，反应60min后取出烘干。
实施例5
将PPI130的泡沫铜放入0.052mol/L的K2S2O8和2mol/L的KOH的混合溶液中，60℃水浴下，反应90min后用蒸馏水冲洗，吹干；随后将处理后的泡沫铜放入6mmol/L的硬脂酸乙醇溶液中，室温下浸泡，反应70min后取出烘干。

Claims (8)

1.一种具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
1)泡沫铜表面氧化：将待处理的泡沫铜放入K2S2O8/KOH混合溶液或者H2O2/HCl混合溶液中，在50～70℃水浴下，反应充分后用蒸馏水冲洗、吹干备用；
2)泡沫铜表面化学修饰：将步骤1)处理后的泡沫铜放入氟硅烷乙醇溶液或者硬脂酸乙醇溶液中，在室温下浸泡，反应充分后取出烘干，得到具有超疏水表面的泡沫铜。
2.根据权利要求1所述的一种具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法，其特征在于：所述待处理的泡沫铜的孔径为0.2～0.4mm。
3.根据权利要求1所述的一种具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法，其特征在于：所述待处理的泡沫铜通过电沉积法制备，且表面没有被氧化。
4.根据权利要求1所述的一种具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法，其特征在于：所述的K2S2O8/KOH的混合溶液中K2S2O8与KOH的摩尔浓度比为0.022:1～0.026:1；所述的H2O2/HCl混合溶液中，H2O2的质量分数为0.4～0.6wt％，HCl的摩尔浓度为1.8～2.2mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法，其特征在于：所述的氟硅烷乙醇溶液中氟硅烷的质量分数为0.8～1.2wt％，所述的硬脂酸乙醇溶液中硬脂酸的摩尔浓度为4～6mmol/L。
6.根据权利要求1所述的一种具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的反应的时长为60～90min。
7.根据权利要求1所述的一种具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法，其特征在于：步骤2)所述的反应的时长为60～90min。
8.一种如权利要求1所述的具有超疏水表面的泡沫铜的应用，其特征在于：该泡沫铜应用于蒸汽冷凝器中。
CN201711054092.1A 2017-10-31 2017-10-31 一种具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法及其应用 Pending CN107893225A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711054092.1A CN107893225A (zh) 2017-10-31 2017-10-31 一种具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711054092.1A CN107893225A (zh) 2017-10-31 2017-10-31 一种具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法及其应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107893225A true CN107893225A (zh) 2018-04-10

Family

ID=61803905

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711054092.1A Pending CN107893225A (zh) 2017-10-31 2017-10-31 一种具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107893225A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109821718A (zh) * 2019-02-14 2019-05-31 清华大学 一种耐磨损超疏液材料及其制备方法
CN110257867A (zh) * 2019-06-04 2019-09-20 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种Ni-Co/Cu超疏水镀层及其制备方法
CN110551998A (zh) * 2019-09-02 2019-12-10 东南大学 一种具有混合润湿性表面的泡沫金属及其制备方法
CN110656328A (zh) * 2019-08-29 2020-01-07 湖北大学 具有不对称润湿性及高效雾气收集能力的Janus泡沫铜的制备方法
CN113578325A (zh) * 2021-08-05 2021-11-02 周口师范学院 一种超疏水过渡金属材料/泡沫铁镍合金结构化催化剂的制备方法及其应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105401153A (zh) * 2015-08-26 2016-03-16 上海电力学院 一种具有耐蚀性能的纯铜超疏水表面的制备方法
CN106839795A (zh) * 2017-01-25 2017-06-13 东南大学 一种经疏水性处理的高效泡沫金属蒸汽冷凝器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105401153A (zh) * 2015-08-26 2016-03-16 上海电力学院 一种具有耐蚀性能的纯铜超疏水表面的制备方法
CN106839795A (zh) * 2017-01-25 2017-06-13 东南大学 一种经疏水性处理的高效泡沫金属蒸汽冷凝器

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109821718A (zh) * 2019-02-14 2019-05-31 清华大学 一种耐磨损超疏液材料及其制备方法
CN110257867A (zh) * 2019-06-04 2019-09-20 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种Ni-Co/Cu超疏水镀层及其制备方法
CN110656328A (zh) * 2019-08-29 2020-01-07 湖北大学 具有不对称润湿性及高效雾气收集能力的Janus泡沫铜的制备方法
CN110551998A (zh) * 2019-09-02 2019-12-10 东南大学 一种具有混合润湿性表面的泡沫金属及其制备方法
CN113578325A (zh) * 2021-08-05 2021-11-02 周口师范学院 一种超疏水过渡金属材料/泡沫铁镍合金结构化催化剂的制备方法及其应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107893225A (zh) 一种具有超疏水表面的泡沫铜的制备方法及其应用
CN101191248B (zh) 在钛基底材料表面制备二氧化钛纳米管阵列层的方法
CN104163420B (zh) 银掺杂石墨烯复合纸及其制备方法
CN106876743B (zh) 一种燃料电池气体扩散层结构
CN110527279B (zh) 一种高光热转换效率高导热系数的材料及其制备方法
CN105898981B (zh) 一种基于导电织物的可拉伸电极及其制备方法
CN109021707A (zh) 一种石墨烯/银纳米线复合墨水及其制备方法
CN105420689B (zh) 一种取向碳纳米管-氧化铝杂化纤维及其制备方法
CN103588165A (zh) 一种三维跨尺度碳电极阵列结构及其制备方法
CN105238136B (zh) 用于纺织品的低温后处理纳米银导电墨水的制备方法及应用
CN103628351A (zh) 一种应用氯硅烷制备超疏水纸张的方法
CN109505115A (zh) 一种Co3O4纳米阵列超疏水材料涂层及其制备方法
CN108033479A (zh) 一种具有超疏水性的针状氢氧化铜及其制备方法
Xu et al. Vertically oriented TiO 2 nanotube arrays with different anodization times for enhanced boiling heat transfer
CN105699461B (zh) 具有纳米碗状阵列结构三相界面的ysz基混成电位型no2气体传感器及其制备方法
CN103995026B (zh) 基于酒精分子印迹机制设计高性能酒精气体传感器及其制备方法
Wang et al. Fabrication and hydrophobic properties of column-array silicon using wood-structured silver-assisted chemical etching
CN104877152A (zh) 一种制备铜基纳米氧化锌-聚偏氟乙烯复合材料的方法
CN107364844A (zh) 一种蒸汽还原氧化石墨烯导电高分子复合膜及制备方法和应用
CN102234814B (zh) 一种大孔电极及其制备方法
CN106929856A (zh) 一种氢氟酸刻蚀改变金属镍表面润湿性能的方法
CN103983628B (zh) 一种铜网基叶片状金sers活性基底的制备方法
CN109761262A (zh) 一种贵金属浸渍共掺杂CuO纳米材料的制备方法及应用
CN105321732B (zh) 一种Ag掺杂β‑Co(OH)2超级电容器电极材料的制备方法
Hirabayashi et al. Functionalization of pyrolyzed carbon structures for bio-nanoelectronics platforms

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180410